畢業(yè)設(shè)計(jì)--數(shù)控機(jī)床

1、<p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求。精度要求高，形狀復(fù)雜，批量小，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁改型。機(jī)械加工的自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)上述要求的最主要的措施之一。它不僅提高產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、還能夠大大改

2、善工人的勞動(dòng)條件。</p><p>　　大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)廣泛采用自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床和專用機(jī)床以及專用自動(dòng)生產(chǎn)線，實(shí)行多刀、多工位多面同時(shí)加工，以達(dá)到高效率和高自動(dòng)化。但這些都屬于剛性自動(dòng)化，在面對(duì)小批量生產(chǎn)時(shí)并不是適用，而從某種程度上說，數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)正是很地滿足了這一要求。</p><p>　　1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院成功地研制出一套三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，利用脈沖乘法器原理的試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，

3、并把它裝在一臺(tái)立式銑床上。當(dāng)時(shí)用的電子元件是電子管，這就是第一代世界上的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。我國(guó)是從1958年開始研究數(shù)控技術(shù)，一直到60年代中期處于研制、開發(fā)時(shí)期。當(dāng)時(shí)，一些高等院校、科研單位研制出試驗(yàn)樣機(jī)，開發(fā)也是從電子管開始的。1965年國(guó)內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。從70年代開始，數(shù)控技術(shù)在車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工、點(diǎn)加工等領(lǐng)域全面展開，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。在這一時(shí)期，數(shù)控線切割機(jī)床由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格低廉，

4、在模具加工中得到了推廣。80年代，我國(guó)從日本發(fā)那科公司引進(jìn)了5、7、3等系列的數(shù)控系統(tǒng)和支流伺附電機(jī)、支流主軸電機(jī)技術(shù)，以及從美國(guó)、德國(guó)引進(jìn)一些新技術(shù)。這使我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。1985年，我國(guó)數(shù)控機(jī)床品種有了新的發(fā)展。90年代以及接下來主要是向高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展。</p><p>　　1.2 數(shù)控機(jī)床的組成及分類</p><p>　　1.2.1、數(shù)控機(jī)床的組成&l

5、t;/p><p>　　數(shù)控機(jī)床的種類繁多，但從組成一臺(tái)完整的數(shù)控機(jī)床上講，它由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體以及輔助設(shè)備組成。如圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 數(shù)控機(jī)床的組成</p><p><b>　?。?）控制介質(zhì)</b></p><p>　　控制介質(zhì)是指零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體。它隨

6、著數(shù)控裝置的類型不同而不同。隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，有些數(shù)控設(shè)備利用CAD/CAM軟件在其他計(jì)算機(jī)上編程，然后通過計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)通信，將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。</p><p><b>　?。?）數(shù)控裝置</b></p><p>　　數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的控制中心。它由輸入裝置、控制裝置和輸出裝置等組成。</p><p>　　輸入裝

7、置受控制介質(zhì)上的信息，經(jīng)過識(shí)別與譯碼之后，送到控制運(yùn)算器。這些信息將作為控制與運(yùn)算的原始依據(jù)。</p><p>　　控制運(yùn)算器根據(jù)輸入裝置送來的信息進(jìn)行運(yùn)算，并將控制命令輸送往輸出裝置。</p><p>　　輸出裝置將控制器發(fā)出的控制命令送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)功率放大，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的動(dòng)作。</p><p><b>　　（3）伺服系統(tǒng)</b><

8、;/p><p>　　伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行兩大部分。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，以加工出符合要求的零。指令信息是以脈沖信息體現(xiàn)的，每一脈沖使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移叫脈沖當(dāng)量。</p><p><b>　?。?）機(jī)床本體</b></p><p>　　機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完

9、成各種銑削加工的機(jī)械部分，它是在原有的普通機(jī)床的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得到的，具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1）數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短。</p><p>　　2）數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形小</p><p>　　3）更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾動(dòng)絲杠副，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等。</p>

10、<p>　　上述四個(gè)主要部分外，數(shù)控機(jī)床還有一些輔助裝置和附屬設(shè)備，如電器，液壓，氣動(dòng)系統(tǒng)與冷卻、排屑、照明、儲(chǔ)運(yùn)等裝置以及編程機(jī)、對(duì)刀儀等。</p><p>　　1.2.2、數(shù)控機(jī)床的分類</p><p>　　(1)按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分類</p><p>　　1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 點(diǎn)位控制機(jī)床的特點(diǎn)是只控制移動(dòng)部件的終點(diǎn)位置，即控制移動(dòng)部件由一個(gè)位置到

11、另一個(gè)位置的精確定位，而對(duì)它們運(yùn)動(dòng)過程中的軌跡沒有嚴(yán)格的要求，在移動(dòng)和定位過程中不進(jìn)行任何加工。</p><p>　　2）直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)不僅要控制兩點(diǎn)鍵的準(zhǔn)確位置（距離），還要控制兩點(diǎn)之間移動(dòng)的速度和軌跡。</p><p>　　3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制又稱連續(xù)控制，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有輪廓控制功能。其特點(diǎn)是能同時(shí)控制兩個(gè)以上的軸，具有

12、插補(bǔ)功能。</p><p>　　(2)按運(yùn)動(dòng)方式分類： </p><p><b>　　1）點(diǎn)位控制系統(tǒng)。</b></p><p>　　2）點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　3）輪廓控制系統(tǒng)。</b></p><p>　　(3)按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方式分類<

13、/p><p>　　1）環(huán)控制系統(tǒng) 它是指不帶反饋裝置的控制系統(tǒng)。</p><p>　　2）閉環(huán)控制系統(tǒng) 它是指在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上安裝位移測(cè)量裝置，將加工中測(cè)量到的實(shí)際位置值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入值的指令相比較，用比較的差值控制移動(dòng)部件，直到差值為零，即實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確定位。</p><p>　　3)半閉環(huán)控制系統(tǒng) 它是在開環(huán)控制系統(tǒng)的絲杠上或進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的軸上裝

14、有角位移檢測(cè)裝置。</p><p><b>　　(4)按工藝要求</b></p><p>　　1)屬銑削類數(shù)控機(jī)床</p><p>　　2)金屬成型類數(shù)控機(jī)床</p><p>　　3)數(shù)控特種加工機(jī)床</p><p>　　4)其它類的數(shù)控機(jī)床</p><p>　　(5)按數(shù)

15、控機(jī)床的性能分類</p><p><b>　　1)檔數(shù)控機(jī)床</b></p><p><b>　　2)中檔數(shù)控機(jī)床</b></p><p><b>　　3)高檔數(shù)控機(jī)床</b></p><p>　　1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍</p><p>　　1.

16、3.1、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是一個(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。它是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品。特點(diǎn)如下：</p><p><b>　　1)加工精度高</b></p><p><b>　　2)加工生產(chǎn)率高</b></p><p>　　3)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件</p>

17、<p><b>　　4)良好的經(jīng)濟(jì)效益</b></p><p>　　5)有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化</p><p>　　1.3.2、數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍</p><p>　　1)數(shù)控機(jī)床適用于加工；</p><p>　　2)多品種小批量零件；</p><p>　　3)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，精度要求較

18、高的零件；</p><p>　　4)需要頻繁改型的零件；</p><p>　　5)價(jià)格昂貴，不容許報(bào)廢的關(guān)鍵零件；</p><p>　　6)需要小生產(chǎn)周期的急需零件。 </p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章為大家

19、介紹了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展過程，組成和分類及特點(diǎn)。先介紹了發(fā)展過程使大家對(duì)數(shù)控機(jī)床有了初步的了解，然后介紹組成，使數(shù)控機(jī)床更加系統(tǒng)清晰的展現(xiàn)在大家的眼前，通過介紹數(shù)控機(jī)床的分類和特點(diǎn)，使大家更加詳細(xì)的了解了數(shù)控機(jī)床。本節(jié)雖短，但是大體上簡(jiǎn)潔概括了數(shù)控機(jī)床的特征，使大家對(duì)數(shù)控機(jī)床有了初步的認(rèn)識(shí)。下章就為大家介紹下數(shù)控機(jī)床中比較重要的一種—數(shù)控銑床。</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)主要參數(shù)及基本思想</p>

20、<p><b>　　2.1課題要求</b></p><p>　　題目名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及技術(shù)要求</p><p>　　立式升降臺(tái)數(shù)控銑床：</p><p>　　1)X、Y、Z軸的行程分別為 590、400、500mm;</p><p>　　2)進(jìn)給精度 0.001mm；</p><

21、p>　　3)X、Y、Z軸快速進(jìn)給速度分別為 6、6、3m/min；</p><p>　　4)工作臺(tái)面尺寸 300x500mm;</p><p>　　5)脈沖當(dāng)量 0.01mm/步；</p><p>　　6)重復(fù)定位精度 0.01mm.</p><p><b>　　2.2基本思想</b></p>

22、<p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，課題的基本方案如下：</p><p>　?。?）銑床采用連續(xù)控制系統(tǒng)，定位方式采用增量坐標(biāo)控制。</p><p>　?。?）為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　?。?）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是銑床中的重點(diǎn)，數(shù)控銑床必須有精確的進(jìn)給傳動(dòng)系，才會(huì)有好的精度和表面質(zhì)量?？紤]到電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)

23、準(zhǔn)選用，為達(dá)到重復(fù)定位精度0.01mm的要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)。</p><p>　?。?）為了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，又要求機(jī)構(gòu)緊湊，所以選用絲杠螺母副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?）傳動(dòng)系統(tǒng)要加上脈動(dòng)裝置。</p><p>　　以上為基本的方案，除了這些，課題應(yīng)注意銑床的幾何精度的修正，數(shù)控指令的顯示和使用等。

24、</p><p><b>　　2.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章節(jié)通過給定的技術(shù)要求參數(shù)確定出了最初的銑床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方案，各個(gè)方案的簡(jiǎn)單介紹和選擇的原因，并且選擇符合技術(shù)參數(shù)的方案，為下面的各個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成以及原件的挑選提供了大概的范圍。</p><p>　　第三章 立式數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)和計(jì)算</p><

25、p>　　3.1主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1主傳動(dòng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)</p><p>　　主傳動(dòng)系統(tǒng)一般由動(dòng)力源（如電動(dòng)機(jī)）、變速裝置及執(zhí)行元件（如主軸、刀架、工作臺(tái)），以及開停、換向和制動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。動(dòng)力源給執(zhí)行元件提供動(dòng)力，并使其得到一定的運(yùn)動(dòng)速度和方向,變速裝置傳遞動(dòng)力以及變換運(yùn)動(dòng)速度，執(zhí)行元件執(zhí)行機(jī)床所需的運(yùn)動(dòng)，完成旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)。</p><

26、;p>　　現(xiàn)代銑削加工正朝著高速、高效和高精度方向發(fā)展，對(duì)機(jī)床的性能提出越來越高的要求，如轉(zhuǎn)速高，調(diào)速范圍大，恒扭矩調(diào)速范圍達(dá)1：100～1：1000，恒功率調(diào)速范圍達(dá)1：10以上；更大的功率范圍達(dá)2.2～250kW，能在銑削加工中自動(dòng)變換速度；機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪聲小，動(dòng)態(tài)性能好，可靠性高等。數(shù)控銑床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下特點(diǎn)：</p><p>　　1)主傳動(dòng)采用交流電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速</p><

27、;p>　　2)數(shù)控銑床驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和主軸功率特性的匹配設(shè)計(jì)</p><p>　　3)數(shù)控銑床高速主傳動(dòng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4)數(shù)控銑床采用部件標(biāo)準(zhǔn)、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　5)數(shù)控銑床的柔性化、復(fù)合化</p><p><b>　　6)虛擬軸銑床設(shè)計(jì)</b></p><p>　

28、　為了適應(yīng)數(shù)控銑床加工范圍廣、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，要求主傳動(dòng)裝置應(yīng)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　(1)具有較大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。無機(jī)變速傳動(dòng)在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的銑削速度；能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于實(shí)現(xiàn)變速自動(dòng)化；能在負(fù)載下變速，便于車削大端面時(shí)保持恒定的銑削速度，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。</p><p>　　(2) 具有較高

29、的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低。數(shù)控銑床加工精度的提高，與主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動(dòng)件的精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。</p><p>　　(3) 良好的抗振興和熱穩(wěn)定性。數(shù)控銑床一般既要進(jìn)行粗加工，又要精加工；加工時(shí)可能由于斷續(xù)銑削、加工余量不均勻 運(yùn)動(dòng)部件不平穩(wěn)以及銑削過程中的自激振動(dòng)等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙

30、度，嚴(yán)重時(shí)甚至破壞刀具或零件，使加工無法進(jìn)行。因此主傳動(dòng)系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動(dòng)的能力—抗振性?？拐裥杂脛?dòng)剛度或動(dòng)柔度來衡量。例如主軸組件的動(dòng)剛度取決于主軸的當(dāng)量靜剛度 阻尼比及固有頻率等參數(shù)。</p><p>　　銑床在銑削加工中主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生變形，破壞了零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)精度造成的加工誤差，且熱變形限制了銑削用量的提高

31、，降低傳動(dòng)效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合精度，并進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑保持熱平衡等措施來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3.1.2、主傳動(dòng)變速系統(tǒng)</p><p>　　普通銑床一般采用機(jī)械有級(jí)變速調(diào)速傳動(dòng)，而數(shù)控銑床需要自動(dòng)變速；且在銑削階梯軸的不同直徑，且削曲線旋轉(zhuǎn)面和斷面時(shí)，需要隨銑削的直徑的變化而自動(dòng)變速，以保持銑削速度基本恒定。這些自動(dòng)變速又是無級(jí)變速

32、，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選用到理想的銑削速度，這樣既有利于提高加工精度，又有利于提高銑削效率。</p><p>　　銑床主傳動(dòng)中常采用得無級(jí)變速裝置有三大類：變速電動(dòng)機(jī)、機(jī)械無級(jí)變速裝置和液壓無級(jí)變速裝置。</p><p>　　無級(jí)變速主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)原則</p><p>　　1）盡量選擇功率和扭矩特性符合傳動(dòng)系要求的無級(jí)變速裝置。如銑床主傳動(dòng)系要求恒功率傳動(dòng)，就應(yīng)選

33、擇恒功率無級(jí)變速裝置。</p><p>　　2）無級(jí)變速系統(tǒng)裝置單獨(dú)使用時(shí)，其調(diào)速范圍較小，尤其是恒功率調(diào)速范圍往往小于銑床實(shí)際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無級(jí)變速裝置宇機(jī)械分級(jí)變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴(kuò)大恒功率變速范圍和整個(gè)變速范圍。</p><p>　　3.1.3主軸部件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　主軸部件的性能要求</b><

34、;/p><p>　　主軸部件是銑床主要部件之一，它是銑床的執(zhí)行元件。它的功用是支承并帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行銑削，承受銑削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷，完成表面成型運(yùn)動(dòng)。主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動(dòng)件、密封件及定位元件等組成。</p><p>　　主軸部件的工作性能對(duì)整機(jī)性能和加工質(zhì)量以及銑床生產(chǎn)效率有著直接影響，是決定銑床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。因此，對(duì)主軸部件有如下要求：</p>

35、<p>　　旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下，主軸安裝工件或刀具部位的定心表面（如銑床軸端的7：24錐孔）的徑向和軸向跳動(dòng)。旋轉(zhuǎn)精度取決于的主要件如主軸、軸承、殼體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。工件轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能，潤(rùn)滑劑和主軸組件的平衡。</p><p>　　剛度 主軸部件的剛度是指其在外載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移

36、的彈性便形時(shí)，在位移方向上所施加的作用力來定義的。主軸部件的剛度是綜合剛度，它是主軸、軸承等剛度的綜合反映。因此，主軸的尺寸和形狀、滾動(dòng)軸承的類型和數(shù)量、預(yù)緊和配置形式、傳動(dòng)件的布置方式、主軸部件的制造和裝配質(zhì)量等都影響主軸部件的剛度。</p><p>　　溫升 因相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦生熱，銑削取得銑削熱等使主軸溫度升高將引起熱變形使主軸伸長(zhǎng)，軸承間隙的變化，降低了加工的精度；溫升也會(huì)降低潤(rùn)滑劑的粘度，惡化潤(rùn)滑條件。

37、因此，各類銑床對(duì)溫升都有一定的限制。</p><p>　　可靠性 數(shù)控銑床是高度自動(dòng)化的銑床，所以必須保證工作可靠性，可喜的地方是這方面的研究正在發(fā)展。</p><p>　　精度保持性 它指長(zhǎng)期保持其原始制造精度的能力。對(duì)數(shù)控銑床的主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長(zhǎng)期保持精度。</p><p>　　3.1.4主軸部件的組成和軸承選型</p><p

38、><b>　　(1)主軸部件 </b></p><p>　　它由主軸及其支承軸承、傳動(dòng)件、密封件及定位元件等組成。</p><p>　　(2)主軸的傳動(dòng)件 </p><p>　　可以位于前后支承之間，也可位于后支承之后的主軸后懸伸端。目前傳動(dòng)件位于后懸伸端的越來越多。這樣做，可以實(shí)現(xiàn)分離傳動(dòng)和模塊化設(shè)計(jì)：主軸組件（稱為主軸單元）和變速

39、箱可以做成獨(dú)立的功能部件，又專門的工廠集中生產(chǎn)，作為商品出售。變速箱和主軸間可用齒輪副或帶傳動(dòng)聯(lián)接。本三坐標(biāo)曲面數(shù)控銑床采用帶傳動(dòng)聯(lián)接。主軸支承分徑向和推力（軸向）。角接觸球軸承兼起徑向和推力支承的作用。推力支承應(yīng)位于前支承內(nèi)，原因是數(shù)控銑床的坐標(biāo)原點(diǎn)，常設(shè)定在主軸前端。為了減少熱膨脹造成的坐標(biāo)原點(diǎn)的位移，應(yīng)盡量縮短坐標(biāo)原點(diǎn)支推力支承之間的距離。</p><p><b>　　(3)主軸軸承 </

40、b></p><p>　　選用角接觸球軸承。這種軸承即可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。這種球軸承為點(diǎn)接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，長(zhǎng)采用多聯(lián)組配的辦法。有三種基本組配方式，分別為背對(duì)背，面對(duì)面和同向組配，背靠背和面對(duì)面組配都能受雙向軸向載荷；同向組配只能承受單向軸向載荷。背對(duì)背比面對(duì)面安裝的軸承具有較高的抗顛覆力矩的能力。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承的外圈的散熱條件比內(nèi)圈好，因此，內(nèi)圈的溫度將高于外圈，徑向膨脹

41、的結(jié)果將使軸承的過盈加大。軸向膨脹對(duì)背靠背組配將使過盈減少，于是，可以補(bǔ)償一部分徑向膨脹；而對(duì)于面對(duì)面組配，將使過盈進(jìn)一步加大?；谏鲜龇治?，主軸受到彎距，又屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此主軸軸承必須采用背靠背組配。</p><p>　　(4)角接觸球軸承的間隙調(diào)整和預(yù)緊</p><p>　　主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整，多數(shù)軸承，還應(yīng)在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動(dòng)體和導(dǎo)軌之間有一定的預(yù)變形，這就是軸承的

42、預(yù)緊。</p><p>　　軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無間隙，滾動(dòng)體從各個(gè)方向支承主軸，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度。滾動(dòng)體的直徑不可能絕對(duì)相等，滾道也不可能絕對(duì)正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾導(dǎo)體與滾道接觸。預(yù)緊后，滾導(dǎo)體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動(dòng)體將增多，各滾動(dòng)體的受力將更加均勻。這些都有利提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動(dòng)，則由于各個(gè)方面都有滾動(dòng)體支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且較大的預(yù)緊

43、將使壽命下降，故預(yù)緊要適量。</p><p>　　角接觸球軸承在軸向力的作用下，使內(nèi)外圈產(chǎn)生軸向錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，衡量預(yù)緊力大小的是軸向預(yù)緊力，簡(jiǎn)稱預(yù)緊力Fa0，單位為N。多聯(lián)角接觸球軸承是根據(jù)預(yù)緊力組配的。軸承廠規(guī)定了輕預(yù)緊、中預(yù)緊和重預(yù)緊三級(jí)預(yù)緊。訂貨時(shí)可指定預(yù)緊級(jí)別。軸承廠在內(nèi)圈（背靠背組配）或外圈（面對(duì)面組配）的端面根據(jù)預(yù)緊力磨去δ。裝配時(shí)擠緊，便可得到預(yù)定的預(yù)緊力。如果兩個(gè)軸承間需要隔開一定的距離，可在兩軸

44、承之間加入厚度相同的內(nèi)外隔套。在軸向載荷的作用下，不受力側(cè)軸承的滾動(dòng)體與滾道不能脫離接觸。而滿足這個(gè)條件的最小預(yù)緊力，雙聯(lián)組配為最大軸向載荷的35%。</p><p>　　(5)承載能力和壽命</p><p>　　主軸軸承通常載荷相對(duì)較輕。除上些特殊重載主軸外軸承的承載能力是沒有問題的。主軸軸承的壽命，主要不是取決于疲勞點(diǎn)蝕，而是由于磨損而降低精度。通常，如軸承精度為P4級(jí)，經(jīng)使用磨損后跳

45、動(dòng)精度降為P5級(jí),這個(gè)軸承就認(rèn)為應(yīng)該更換了。雖然還未達(dá)到其疲勞壽命，但這種“精度壽命”目前還難以估計(jì)。</p><p>　　3.1.5主軸組件的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　通常，主軸組件的固有頻率很高，但是，高速主軸，特別是帶內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)高速主軸，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)集中質(zhì)量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共振。改善動(dòng)態(tài)特性，可采取下列措施：</p><p>　　(1)

46、是主軸組件的固有頻率避開激振力頻率。通常使固有頻率高于激振頻率的30%以上。如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于主軸在彈性基礎(chǔ)上（軸承）的剛體振動(dòng)的第一階（平移）和第二階（搖擺）模態(tài)，則應(yīng)提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振動(dòng)，則應(yīng)提高主軸的剛度，如加粗直徑。激振力可能來自主軸組件的不平衡，這時(shí)激振頻率等于主軸轉(zhuǎn)速乘以π/30。也可能來自斷續(xù)銑削，這時(shí)激振頻率還應(yīng)乘以刀齒數(shù)Z。</p><p>　　(2)增大比尼 如前所

47、述，降低模態(tài)，常是主軸的剛度振動(dòng)。這時(shí)主軸軸承，特別是前軸承的阻尼對(duì)主軸組件的抗振性影響很大。如果要求得到很光的加工表面，滾動(dòng)軸承適當(dāng)預(yù)緊可以增大阻尼，但過大的預(yù)緊反而使阻尼減少，故選擇預(yù)緊時(shí)還因考慮阻尼因素。</p><p>　　3.1.6主軸軸承的潤(rùn)滑</p><p>　　滾動(dòng)軸承在接觸區(qū)的壓強(qiáng)很高，在這么高的壓強(qiáng)下，接觸區(qū)產(chǎn)生變形，是一塊小面積的接觸而不是一條線或一個(gè)點(diǎn)的接觸；潤(rùn)滑劑

48、在高壓下被壓縮，粘度升高了。因此，才能在滾動(dòng)體與滾道的接觸區(qū)，形成一定厚度的油膜，把兩者隔開，滾道體與滾道的接觸面積很小，所以，滾動(dòng)軸承所需的潤(rùn)滑劑很少的。當(dāng)然，也可用脂潤(rùn)滑，還有用油氣潤(rùn)滑的。</p><p><b>　　(1)脂潤(rùn)滑</b></p><p>　　滾動(dòng)軸承能用脂潤(rùn)滑是它的突出優(yōu)點(diǎn)之一。脂潤(rùn)滑不需要供油管路和系統(tǒng)，沒有漏油問題。如果脂的選擇合適、潔凈、

49、密封良好，不使灰塵、油、銑削液等進(jìn)入，壽命是很長(zhǎng)的。一次充填可用到大修，不需補(bǔ)充，也不要加脂孔。</p><p>　　脂潤(rùn)滑可選用鋰基脂，如SKFLGLT2號(hào)（常用于球軸承）。</p><p><b>　　(2)油氣潤(rùn)滑</b></p><p>　　如果dn值較大時(shí)，還需對(duì)軸承進(jìn)行冷卻。如果用油兼作潤(rùn)滑和冷卻，則由于油的攪拌作用，溫升反而會(huì)增加

50、。最好用油潤(rùn)滑，用空氣冷卻。油霧潤(rùn)滑需能達(dá)到這個(gè)目的，但是易污染環(huán)境。比較好的方法是油氣潤(rùn)滑：在吹向軸承的空氣中定期地注入油，油并不霧化，用后可回收，不污染環(huán)境。油用于潤(rùn)滑，空氣用于冷卻。</p><p><b>　　3.2主軸系統(tǒng)計(jì)算</b></p><p>　　3.2.1三角膠帶傳動(dòng)的計(jì)算和選定</p><p>　　三角帶的選用應(yīng)保證有效地

51、傳遞最大功率（不打滑）并有足夠的使用壽命（一定的疲勞強(qiáng)度）。</p><p>　　1．確定計(jì)算功率Pd</p><p>　　KW （3.1）</p><p>　　式中：KA—工況系數(shù)</p><p>　　P—電機(jī)額定功率 KW</p><p><b>　　2．選擇三角帶型號(hào)

52、</b></p><p>　　根據(jù)Pd、n1選SPA型窄V帶</p><p>　　3．確定帶輪直徑D1、D2</p><p>　　小帶輪直徑D1應(yīng)滿足：D1≥Dmin 查表取D,故選擇D</p><p><b>　　4．計(jì)算膠帶速度</b></p><p><b>　?。?.

53、2）</b></p><p><b>　　故 D選擇合格</b></p><p>　　D （3.3）</p><p>　　5．確定中心距a和帶長(zhǎng)L</p><p>　　得 </p><p><b>　　初選

54、</b></p><p>　　帶長(zhǎng) （3.4）</p><p><b>　　查表，取</b></p><p>　　中心距 （3.5）</p><p><b>　　a的調(diào)整范圍：</b></p&g

55、t;<p><b>　?。?.6）</b></p><p><b>　?。?.7）</b></p><p><b>　　6．驗(yàn)算小帶倫包角</b></p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　得 ， 即滿足條件。&l

56、t;/p><p><b>　　7．確定V帶根數(shù)z</b></p><p><b>　　（3.9）</b></p><p>　　由表7-6a查得 </p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　由表7-10查得 </p>

57、<p>　　由表7-11查得 </p><p>　　由表7-9查得 </p><p>　　由表7-3查得 </p><p><b>　　代入求根公式，得</b></p><p>　　取z=6,符合表7-4推薦的輪槽數(shù)</p><p><b>　　8．確定出拉力&l

58、t;/b></p><p><b>　?。?.11）</b></p><p><b>　　由表7-5得 </b></p><p>　　9．計(jì)算作用在軸上的壓力</p><p><b>　　（3.12）</b></p><p>　　3.2.2 主

59、軸機(jī)構(gòu)</p><p>　　1-錐度刀柄 2-主軸 3-拉釘 4-鋼球 5-碟形彈簧 6-拉桿</p><p>　　7-螺旋彈簧 8-活塞 9-液壓缸 10-行程開關(guān) 11-壓縮空氣管接頭</p><p>　　圖3.1 主軸機(jī)構(gòu)</p><p>　　3.2.3 換刀原理簡(jiǎn)介<

60、/p><p>　　圖3.1是銑床的主軸結(jié)構(gòu)圖，刀具夾緊裝置裝在主軸內(nèi)孔中。該裝置由拉桿6和頭部的兩個(gè)鋼球4、碟形彈簧5、活塞8和螺旋彈簧7組成。圖示位置為刀柄夾緊狀態(tài)。當(dāng)需要松開刀柄時(shí)，液壓缸9的上腔進(jìn)油，活塞8向下移動(dòng)壓縮螺旋彈簧7，并推動(dòng)拉桿6向下移動(dòng)，碟形彈簧5被壓縮，鋼球4隨拉桿一起向下移動(dòng)至主軸孔徑較大處時(shí)，便松開刀柄1，這時(shí)可將刀具連同刀柄一起拔出。當(dāng)需要夾緊刀柄時(shí)，活塞8的上端無油壓，螺旋彈簧7使活塞8

61、上移，拉桿6在碟形彈簧5的作用上移，鋼球4進(jìn)入刀柄尾部拉釘3的環(huán)形槽內(nèi)將刀柄拉緊。</p><p>　　壓縮空氣管接頭通過活塞8和拉桿6中的孔，可將主軸軸端裝刀柄的定位錐孔吹干凈。</p><p>　　此裝置的優(yōu)點(diǎn)：如果突然停電，刀柄不會(huì)自行松脫。</p><p>　　3.3進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本

62、要求</p><p>　　進(jìn)給伺服系統(tǒng)不但是數(shù)控銑床的一個(gè)重要組成部分，也是數(shù)控銑床區(qū)別于一般銑床的一個(gè)特殊部分。數(shù)控銑床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)可歸納為：定位精度高；跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)快；系統(tǒng)的穩(wěn)定好。</p><p><b>　　1.穩(wěn)定性</b></p><p>　　伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當(dāng)作用在系統(tǒng)上的擾動(dòng)信號(hào)消失后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來的

63、穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行,或者在輸入的指令信號(hào)作用下，系統(tǒng)能夠達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是系統(tǒng)本身的一種特性，取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成元件的參數(shù)（如慣性、剛度、阻尼、增益等），，與外界的作用信號(hào)（包括指令信號(hào)或擾動(dòng)信號(hào)）的性質(zhì)或形式無關(guān)。</p><p><b>　　2．精度</b></p><p>　　伺服系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。伺服系

64、統(tǒng)工作過程中通常存在三種誤差：動(dòng)態(tài)誤差、穩(wěn)定性誤差和靜態(tài)誤差。實(shí)際中只要保證系統(tǒng)的誤差滿足精度指標(biāo)就行。</p><p><b>　　3．快速響應(yīng)性</b></p><p>　　快速響應(yīng)特性是指系統(tǒng)對(duì)指令輸入信號(hào)的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的迅速程度。它包含系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，傳動(dòng)裝置的加速能力。它直接影響銑床的加工精度和生產(chǎn)率。</p><p>　　

65、3.3.2、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　　在靜態(tài)設(shè)計(jì)方面有：</b></p><p>　　1.能夠克服摩擦力和負(fù)載</p><p>　　2.很小的進(jìn)給位移量</p><p>　　3.高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度</p><p><b>　　4.足夠的調(diào)速范圍</b>

66、</p><p>　　5.進(jìn)給速度均勻，在速度很低時(shí)無爬行現(xiàn)象</p><p>　　在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面的要求有：</p><p>　　1.具有足夠的加速和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩</p><p>　　2.具有良好的動(dòng)態(tài)傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意的表面質(zhì)量</p><p>　　3.負(fù)載引起的軌跡誤差盡可能小</p&

67、gt;<p>　　對(duì)于數(shù)控銑床機(jī)械傳動(dòng)部件則有以下要求</p><p>　　1.被加速的運(yùn)動(dòng)部件具有較小的慣量</p><p><b>　　2.高的剛度</b></p><p><b>　　3.良好的阻尼</b></p><p>　　4.傳動(dòng)部件在拉壓剛度 扭轉(zhuǎn)剛度 摩擦阻尼特性和間隙

68、等方面盡可能小的非線性。</p><p>　　3.3.3、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析</p><p><b>　　1. 時(shí)間響應(yīng)特性</b></p><p>　　進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，按其描述方法的不同，分為時(shí)間響應(yīng)特性和頻率響應(yīng)特性。</p><p>　　時(shí)間響應(yīng)特性是用來描述系統(tǒng)對(duì)迅速變化的指令能否迅

69、速跟蹤的特性，它由瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)兩部分組成。由于系統(tǒng)包含一些儲(chǔ)能元件，所以當(dāng)輸入量作用于系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)輸出不能立刻跟隨輸入量變化，而是在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定之前表現(xiàn)為瞬態(tài)響應(yīng)過程（或叫過渡過程）。穩(wěn)定響應(yīng)是指當(dāng)時(shí)間t趨向無窮大時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)。若在穩(wěn)定時(shí)，輸出和輸入不能完全吻合，就認(rèn)為系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p>　　系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特性不僅決定于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能，而且也決定輸入信號(hào)的類型，且隨加工對(duì)象的不同以及銑削用

70、量的不同而改變。尤其考慮到啟動(dòng)、停車、正反向等控制情況，各坐標(biāo)軸速度信號(hào)的變化極為復(fù)雜。</p><p><b>　　2.頻率響應(yīng)特性</b></p><p>　　時(shí)間響應(yīng)特性是從微分方程出發(fā)，研究系統(tǒng)響應(yīng)隨時(shí)間的變化的規(guī)律，即在已知傳遞函數(shù)的前況下，從系統(tǒng)在階越輸入及斜坡輸入時(shí)間應(yīng)速度及振蕩過程的狀態(tài)中來獲得動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。然而在很多情況下，傳遞函數(shù)不清楚，所以只能由

71、試驗(yàn)的方法來求取動(dòng)態(tài)特性。因此出現(xiàn)頻率響應(yīng)特性法。所謂頻率響應(yīng)特性,就是系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)，即它通過研究系統(tǒng)對(duì)正眩輸入信號(hào)的響應(yīng)規(guī)律來獲得啟動(dòng)態(tài)特性。由于頻率特性與傳遞函數(shù)密切相關(guān)，因此在工程中的應(yīng)用越來越多?？捎深l率響應(yīng)數(shù)據(jù)擬合成傳遞函數(shù)而建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。</p><p><b>　　3.快速性分析</b></p><p>　　所謂快速性分析是指分析系統(tǒng)的

72、快速響應(yīng)性能，快速性反映了系統(tǒng)的瞬態(tài)質(zhì)量。</p><p>　　對(duì)于線性進(jìn)給伺服系統(tǒng)，由于它包含各種電路、機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)都有時(shí)間常數(shù)，對(duì)高頻信號(hào)來不及反應(yīng)，只是一個(gè)地通漏波器。這種系統(tǒng)的通頻寬帶，對(duì)高頻信號(hào)響應(yīng)速度快，所以從開環(huán)頻率特性圖看，提高系統(tǒng)的截止頻率，則可以提高閉環(huán)回路的響應(yīng)速度。</p><p>　　3.4進(jìn)給傳動(dòng)的計(jì)算</p><p

73、>　　3.4.1、X軸滾珠絲杠副</p><p><b>　　1．精度</b></p><p><b>　　要求：進(jìn)給精度</b></p><p><b>　　快速進(jìn)給精度</b></p><p><b>　　2．疲勞強(qiáng)度</b></p>

74、<p>　　絲鋼的最大載荷為最大進(jìn)給力加摩擦力，最大進(jìn)給力為1625N,工作臺(tái)質(zhì)量700kg,則：</p><p>　　（1）摩擦力 （3.13）</p><p><b>　?。?.14）</b></p><p>　　根據(jù)《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》</p><p><

75、;b>　　計(jì)算載荷 </b></p><p>　　查表2-6取 查表2-8取 </p><p>　　查表2-7取 查表2-4取D級(jí)精度</p><p>　　則： （3.15）（2）計(jì)算額定動(dòng)載荷</p><p>　　取絲杠的工作

76、壽命為,</p><p><b>　?。?.16）</b></p><p>　　（3）選用 FC1-4010-2.5型絲杠，由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　公稱直徑 </b></p><p><b>　　導(dǎo)程 </b></p><p&g

77、t;<b>　　滾珠直徑 </b></p><p>　　按表2-1種尺寸公式計(jì)算：</p><p>　　滾道半徑 （3.17）</p><p><b>　　偏心距 </b></p><p><b>　?。?.18）</b><

78、;/p><p><b>　　絲杠內(nèi)徑 </b></p><p><b>　?。?.19）</b></p><p><b>　?。?）穩(wěn)定性驗(yàn)算</b></p><p>　　絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和角接觸軸承，可分別承受徑向和軸向的負(fù)荷。另一端游動(dòng)，需要徑向約束，采用深溝球

79、軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動(dòng)端自由伸縮，如圖3.2。</p><p>　　圖3.2 穩(wěn)定性驗(yàn)算</p><p>　　1）由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)[S]</p><p>　　絲杠不會(huì)失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷</p><p><

80、;b>　?。?.20）</b></p><p>　　式中，E為絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼E=206Gpa；l為絲杠工作長(zhǎng)度（m）；為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（）；為長(zhǎng)度系數(shù)，取。</p><p><b>　?。?.21）</b></p><p>　　安全系數(shù) （3.22）&

81、lt;/p><p>　　查表2-10，[S]=2.5～3.3 ,S＜[S],絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。</p><p>　　2）高速絲杠工作時(shí)有可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速——臨街轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。</p><p>　　臨街轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算：</p><p><b>　?。?.23）</b></p

82、><p>　　式中：為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，本題取，</p><p>　　即：，所以絲杠工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振。</p><p>　　3）此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求</p><p><b>　?。?）剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠在工作負(fù)載F(N)和轉(zhuǎn)矩T()共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形

83、量(m)為：</p><p><b>　?。?.24）</b></p><p>　　式中:A絲杠截面積,；為絲杠的極慣性矩，；G為絲杠切變模量，對(duì)鋼；T為轉(zhuǎn)矩。</p><p><b>　?。?.25）</b></p><p>　　式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；為平均工作載荷</p&

84、gt;<p>　　按最不利的情況取（其中）</p><p><b>　?。?.26）</b></p><p>　　則絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為：</p><p><b>　?。?.27）</b></p><p>　　通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動(dòng)精度的1/2，即&l

85、t;/p><p>　　（3.28）該絲杠的滿足上式，所以其剛度可以滿足要求。</p><p><b>　?。?）效率驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為</p><p><b>　　（3.29）</b></p><p>　　要求在90%～95%之間，所以該絲杠

86、副合格。</p><p>　　經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)算，F(xiàn)C1-4010-2.5各項(xiàng)性能均符合題目要求，所以合格。</p><p>　　3.4.2、Y軸滾珠絲杠副</p><p><b>　　1．精度</b></p><p><b>　　要求：進(jìn)給精度</b></p><p><

87、b>　　快速進(jìn)給精度</b></p><p><b>　　2．疲勞強(qiáng)度</b></p><p>　　絲鋼的最大載荷為最大進(jìn)給力加摩擦力，最大進(jìn)給力為1625N,工作臺(tái)質(zhì)量700kg,則：（1）摩擦力 （3.30）</p><p>　　根據(jù)《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》</p>

88、<p><b>　　計(jì)算載荷 </b></p><p>　　查表2-6取 查表2-8取 </p><p>　　查表2-7取 查表2-4取D級(jí)精度</p><p>　　則： </p><p>　?。?）計(jì)算額定動(dòng)載荷</p><

89、;p>　　取絲杠的工作壽命為,</p><p><b>　?。?.31）</b></p><p>　?。?）選用 FC1-4010-2.5型絲杠，由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　公稱直徑 </b></p><p><b>　　導(dǎo)程 </b>

90、</p><p><b>　　滾珠直徑 </b></p><p>　　按表2-1種尺寸公式計(jì)算：</p><p>　　滾道半徑 （3.32）</p><p><b>　　偏心距 </b></p><p><b>　

91、?。?.33）</b></p><p><b>　　絲杠內(nèi)徑</b></p><p><b>　?。?.34）</b></p><p><b>　?。?）穩(wěn)定性驗(yàn)算</b></p><p>　　絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和角接觸軸承，可分別承受徑向和軸向的負(fù)荷

92、。另一端游動(dòng)，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動(dòng)端自由伸縮，如圖3.3。</p><p>　　圖3.3 穩(wěn)定性驗(yàn)算</p><p>　　1）由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)[S]</p><p>　　絲杠不會(huì)失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷</p

93、><p><b>　?。?.35）</b></p><p>　　式中，E為絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼E=206Gpa；l為絲杠工作長(zhǎng)度（m）；為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（）；為長(zhǎng)度系數(shù)，取。</p><p><b>　?。?.36）</b></p><p>　　安全系數(shù)

94、 （3.37）</p><p>　　查表2-10，[S]=2.5～3.3 ,S>[S],絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。</p><p>　　2）高速絲杠工作時(shí)有可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速——臨街轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。</p><p>　　臨界轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算：</p><p><b>　　

95、（3.38）</b></p><p>　　式中：為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表2-10，本題取，</p><p>　　即：，所以絲杠工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振。</p><p>　　3）此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求</p><p><b>　?。?.39） </b></p><p><b&

96、gt;　?。?）剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠在工作負(fù)載F(N)和轉(zhuǎn)矩T()共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量(m)為：</p><p><b>　?。?.40） </b></p><p>　　式中:A絲杠截面積,；為絲杠的極慣性矩，；G為絲杠切變模量，對(duì)鋼；T為轉(zhuǎn)矩。</p><p><b

97、>　?。?.41） </b></p><p>　　式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；衛(wèi)平均工作載荷</p><p><b>　　（3.42）</b></p><p>　　按最不利的情況?。ㄆ渲校?lt;/p><p><b>　?。?.43）</b></p><

98、p>　　則絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為：</p><p><b>　　（3.44）</b></p><p>　　通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動(dòng)精度的1/2，即</p><p><b>　　（3.45）</b></p><p>　　該絲杠的滿足上市，所以其剛度可以滿足要求。&l

99、t;/p><p><b>　?。?）效率驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為</p><p><b>　?。?.46）</b></p><p>　　要求在90%～95%之間，所以該絲杠副合格。</p><p>　　經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)算，F(xiàn)C1-4010-2.5各項(xiàng)性

100、能均符合題目要求，所以合格。</p><p>　　3.4.3、Z軸滾珠絲杠副</p><p><b>　　1．精度</b></p><p><b>　　要求：進(jìn)給精度</b></p><p><b>　　快速進(jìn)給精度</b></p><p><b&

101、gt;　　2．疲勞強(qiáng)度</b></p><p>　　絲鋼的最大載荷為主軸重量加摩擦力，最小載荷為主軸重量減最大進(jìn)給力的垂直分力。主軸重量為300kg,則：</p><p>　?。?）摩擦力 （3.47）</p><p>　　根據(jù)《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》</p><p>　　計(jì)算載荷

102、 （3.48）</p><p>　　查表2-6取 查表2-8取 </p><p>　　查表2-7取 查表2-4取D級(jí)精度</p><p>　　則： </p><p>　　（2）計(jì)算額定動(dòng)載荷</p><p&g

103、t;　　取絲杠的工作壽命為,</p><p><b>　　（3.49）</b></p><p>　?。?）選用 FC1-4010-2.5型絲杠，由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　公稱直徑 </b></p><p><b>　　導(dǎo)程 </b>&

104、lt;/p><p><b>　　滾珠直徑 </b></p><p>　　按表2-1種尺寸公式計(jì)算：</p><p>　　滾道半徑 （3.50）</p><p><b>　　偏心距</b></p><p><b>　?。?/p>

105、3.51）</b></p><p><b>　　絲杠內(nèi)徑 </b></p><p>　?。?.52）（4）穩(wěn)定性驗(yàn)算</p><p>　　絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和角接觸軸承，可分別承受徑向和軸向的負(fù)荷。另一端游動(dòng)，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動(dòng)端自由伸縮，如圖3.4。</p&

106、gt;<p>　　圖3.4 穩(wěn)定性驗(yàn)算</p><p>　　1）由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)[S]</p><p>　　絲杠不會(huì)失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷</p><p>　?。?.53）式中，E為絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼E=206Gpa；l為絲杠工作長(zhǎng)度（m）；

107、為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（）；為長(zhǎng)度系數(shù)，取。</p><p><b>　　（3.54）</b></p><p>　　安全系數(shù) （3.55）</p><p>　　查表2-10，[S]=2.5～3.3 ,S>[S],絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。</p><p>　　2）高速

108、絲杠工作時(shí)有可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速——臨街轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。</p><p>　　臨界轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算：</p><p>　　（3.56）式中：為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表2-10，本題取，</p><p>　　即：，所以絲杠工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振。</p><p>　　3）此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求</p&

109、gt;<p><b>　?。?.57）</b></p><p><b>　　（5）剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠在工作負(fù)載F(N)和轉(zhuǎn)矩T()共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量(m)為：</p><p><b>　?。?.58）</b></p><p>

110、;　　式中:A絲杠截面積,；為絲杠的極慣性矩，；G為絲杠切變模量，對(duì)鋼；T為轉(zhuǎn)矩。</p><p><b>　?。?.59）</b></p><p>　　式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；衛(wèi)平均工作載荷</p><p><b>　?。?.60）</b></p><p>　　按最不利的情況?。ㄆ?/p>

111、中）</p><p><b>　　（3.61）</b></p><p>　　則絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為：</p><p><b>　?。?.62） </b></p><p>　　通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動(dòng)精度的1/2，即</p><p><b&

112、gt;　?。?.63）</b></p><p>　　該絲杠的滿足上市，所以其剛度可以滿足要求。</p><p><b>　?。?）效率驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為</p><p><b>　?。?.64）</b></p><p>　　要

113、求在90%～95%之間，所以該絲杠副合格。</p><p>　　經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)算，F(xiàn)C1-4010-2.5各項(xiàng)性能均符合題目要求，所以合格。</p><p><b>　　3.5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了主傳動(dòng)的特點(diǎn)，使大家對(duì)銑床的傳動(dòng)特點(diǎn)有了最初的印象；然后根據(jù)主軸部件的性能要求來確定主軸部件的設(shè)計(jì)要求以及方案；緊接著是

114、分析主軸中挺重要的部件軸承的選型，得以確定每個(gè)傳動(dòng)件中軸承的正確選擇；最后考慮了主軸軸承的潤(rùn)滑，選出了最佳的潤(rùn)滑方案；最后也是最主要的就是進(jìn)行了主軸系統(tǒng)以及進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算，確定出帶輪和三個(gè)滾珠絲杠副的具體的尺寸。</p><p>　　第四章 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1微機(jī)控制系統(tǒng)組成及控制對(duì)象介紹</p><p>　　4.1.1微機(jī)控制系統(tǒng)

115、基本硬件組成</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成：任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件與軟件兩部分組成。硬件式組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下四部分組成。</p><p>　　1.主控制器。即中央處理單元CPU；</p><p>　　2.B、AB、CB；</p><

116、;p>　　3.存儲(chǔ)器 包括只讀可編程存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；</p><p><b>　　4.接口。</b></p><p>　　其中CPU使該系統(tǒng)的核心。其作用是發(fā)布命令以協(xié)調(diào)各部分電路正常工作，存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件以及運(yùn)行過程中的各種數(shù)據(jù)，I/O接口式系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁，三總線則是CPU與存儲(chǔ)器、接口以及其它各種轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是CPU

117、于各部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。</p><p>　　除此之外，還要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的要求配備一些外圍設(shè)備，和信號(hào)變換電路。其中CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口是任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)，其余部分并非所有數(shù)控系統(tǒng)都具備。通常，CPU通過I/O接口可連接的人機(jī)交換外設(shè)是鍵盤、打印機(jī)、磁帶紀(jì)錄儀等通訊接口；信號(hào)變換是A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、光電隔離、功率放大等，是實(shí)現(xiàn)微機(jī)和控制對(duì)象之間的信號(hào)匹配與轉(zhuǎn)換的中間電路

118、。這兩部分可根據(jù)控制系統(tǒng)的要求選取。</p><p>　　4.1.2主控制器CPU的選擇</p><p>　　微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU的選擇應(yīng)考慮以下要素：</p><p>　　1.時(shí)鐘頻率與字長(zhǎng)（控制數(shù)據(jù)處理的速度）。</p><p>　　2.可擴(kuò)展存儲(chǔ)器（ROM/RAM）的容量。</p><p>　　3.指令系統(tǒng)功能

119、是否強(qiáng)（即編程的靈活性）。</p><p>　　4.I/O口擴(kuò)展的能力（即對(duì)外設(shè)控制的能力）。</p><p>　　5.開發(fā)手段（包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路）。</p><p>　　除此之外，還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象及對(duì)各種參數(shù)要求選擇CPU。目前在數(shù)控系統(tǒng)中常用的芯片由8086、8088、80286、80386、以及8098、8096等16位機(jī)的CPU，也

120、有8080、Z80和8051、8031、8751等8位機(jī)的CPU。但從性能價(jià)格比上，我們擬采用MCS-51系列單片機(jī)中的8031作為主控制器。改系列產(chǎn)品是集中CPU、I/O端口及部分RAM等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。只需增加少量外圍器件，就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)，變成靈活性大，硬件資料也很豐富。三種型號(hào)的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少許差異?？梢哉f8031是沒有ROM的8051，而8751又

121、是用EPROM代替ROM的8051。目前，工業(yè)控制中應(yīng)用最多的是8031單片機(jī)。下面介紹8031單片機(jī)的基本性能。</p><p>　　8031單片機(jī)的基本特性：</p><p>　　1.具有8位中央處理單元（CPU）</p><p>　　片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路（6MHz或12MHz），每執(zhí)行一條指令時(shí)間為2μs或1μs。</p><p>　　2

122、.具有128字節(jié)RAM.</p><p>　　3.具有21個(gè)特殊功能寄存器。</p><p>　　4.可尋址64k字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64k字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　5.具有4個(gè)I/O端口、32根I/O線。</p><p>　　6.具有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。</p><p>　　7.具有5個(gè)中斷

123、源，配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。</p><p>　　8.具有一個(gè)全雙功串行接口。</p><p>　　9.具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算。</p><p>　　從上述特性可知，一塊8031的功能幾乎相當(dāng)于一塊Z80CPU、一塊RAM、一塊Z80、兩塊Z80PIO和一塊Z80SIO所組成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　4.1.3存儲(chǔ)器電路的擴(kuò)展&l

124、t;/p><p>　　1.程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲(chǔ)器芯片，其型號(hào)分別為：2716、2732、2764、27128、27256等，其容量分別位2k、4k、8k、16k、32k。在選擇芯片時(shí)，要考慮CPU與EPROM時(shí)序的匹配。即8031所能讀取的時(shí)間必須大于EPROM多要求的讀取時(shí)間。此外，還要考慮最大讀出速度、工作溫度計(jì)存儲(chǔ)器的容量。在滿足容量要求